基于AI技术的浮游生物自动监测装备
来源项目
《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2025年版）》
技术分类
环境监测与预警-生物、生态
水污染防治-饮用水安全保障
水污染防治-饮用水安全保障
适用对象及范围
适用于水利、水务、生态环保、水产养殖及科研教学等领域，实现对浮游藻类、浮游动物等的自动化监测，适配实验室、野外在线监测、监测站、监测车、监测船、野外、浮岛以及无人机/船“空天地”一体化监测等应用场景。
解决的难点问题
针对传统人工监测人力物力投入大、效率偏低、专业人员短缺等痛点，该装备遵循浮游生物镜检规范，实现采样、前处理、显微识别、管路清洗与废液回收全流程自动化。依托三轴高精度平台实现多景深连续扫描，解决藻类分层成像模糊难题；融合深度学习与专家知识，精准测算生物密度、优势种等指标，实现水生态智能监测，有效提升监测效能、降低运行成本。
基本原理
该技术装备突破样品自动采样、固定、浓缩、管路清洗与废液回收等技术瓶颈，实现藻类样品全流程自动化处理。搭载微米级三轴闭环显微平台，分层扫描成像，解决样本成像模糊问题。依托生态监测数据搭建浮游生物AI标注数据集，融合深度神经网络与专家知识，可识别165种属以上浮游藻类、114种属以上浮游动物。项目融合无人机、无人船技术，研发多点位监测系统，形成适配实验室、监测站点、移动载具、水上浮体与无人平台的系列装备。
技术描述（创新点及优势）
该装备集成自动采样、前处理、显微成像与智能识别，搭建浮游生物全自动在线监测体系。依托精密自动化控制，融合无人机库、无人船坞实现多点位监测；采用微米级三轴闭环平台，运用多景深分层聚焦成像，消除样本分层成像模糊缺陷。创新融合深度学习与专家知识，采用级联细胞统计方案，监测效率较人工提升3倍以上。依托长期监测数据建成浮游生物图谱库，形成海量训练数据集，可高精度识别 165 种属浮游藻类、114 种属浮游动物。
技术推广应用情况
相关技术装备在20省（市）进行推广应用，覆盖南水北调中线等国家重大工程及长江干流等重点水域，累计销售90余套，累计销售额突破5000万元，为超2亿人口饮用水安全提供技术支撑与保障，有力支撑饮用水源地与重点湖库水华综合监测预警与防治工作，社会效益与生态效益超千万元，带动智能监测装备相关上下游产业链年产值增长逾千万元。
应用案例名称
贵州省水生态能力建设项目推广应用案例
案例地址
贵州省化屋基、红枫湖、万峰湖、夜郎湖、里禾水岸等五个重点湖库和饮用水源地
案例规模
该设备在贵州省水生态能力建设项目中批量推广应用5套无人机库多点位浮游藻类在线监测设备
项目投运时间
2024年10月投运行，稳定运行2个月
验收情况
截至2024年12月全部设备完成验收；验收单位：贵州省生态环境监测中心
工艺流程
系统预先设置采样点位与时序，无人机库释放无人机开展多点水样采集；无人机返航后水样输送至藻类在线监测设备，系统自动核验水量，水样达标则投加鲁哥试剂完成固定、定容与浓缩。处理后的样品进入双通道开展平行检测，三轴显微平台实现多液层全景深扫描成像；软件自动识别、统计浮游藻类并生成监测报表。检测完成后设备自动清洗管路组件，同步回收废液，随后启动下一轮检测，形成完整无人值守闭环监测流程。
污染防治效果和达标情况
该设备依托 AI 智能识别技术，实现浮游生物全自动采样、分类计数与实时预警，监测效率提升90%、识别准确率超90%，人力成本降低80%，监测数据可支撑权威水质检测报告。设备按照水生态监测规范运行，精准防控水体富营养化。相较于传统人工监测模式，自动化装备有效补齐监测短板，兼具生态风险管控、资源高效利用与低碳运维等综合价值。
二次污染治理情况
浮游生物监测所用鲁哥试剂废液含有剧毒分子碘，废液碘初始浓度500–750mg/L，远高于水体安全阈值。废液具备强氧化性，易破坏水生生态，碘离子可生物富集，危害生物代谢。本设备配置专用废液回收模块，废液集中收集后交由专业机构无害化处理，全程杜绝废液直排，无二次污染，满足生态环境相关处置规范。
碳排放情况
本设备无化石燃料燃烧，无直接碳排放，碳排放仅来源于电力消耗产生的间接CO₂排放，无工艺废气、溶剂挥发等其他排放源。设备采用低功耗架构，电力消耗水平较低；整套流程药剂密闭使用、废液统一回收处置，不存在化学物质无组织逸散。经核算，设备运行碳足迹极小，实现近零碳排放，属于低碳型生态环境监测装备。
能源、资源节约和综合利用情况
该设备采用节能型智能控制系统，设备启停自适应调控，较传统监测设施大幅降低电力消耗，实现电能高效节约。监测水样实行闭环循环利用，减少新鲜水资源取用，实验耗材分类回收复用，有效降低物资消耗。
投资费用
本项目总投资约650万元，投资包含5套无人机库建设与浮游藻类在线监测设备采购。其中，每套无人机库建设费用约45万元，包括无人机、多点位采水装置、无人机库及其配套设备和工程施工。每套浮游藻类在线监测设备采购费用约90万元，包括设备的多点位样品自动前处理装置研发、设备安装调试费用。
运行费用
项目年度运行总费用约18万元/套,项目运行费用分项明确：其中浮游藻类自动化监测设备年度运行费用10万元，包括采样耗材、试剂等年支出 4.5万元，设备供电、场站照明等用电费用年0.5万元，人员值守及运维工资年5万元；无人机年度运行费用8万元，包括电池、无人机保险和采水装置等配件耗材更换约4万元，人员差旅年约4万元。
经济收益
无
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